车辆IMU定位学习笔记(1)
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发布时间：2024-10-24 03:01
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时间：2024-10-26 20:38
车辆运动学基础分析
车辆的运动学模型主要基于阿克曼转向几何，简化为两轮模型时，考虑前轮和后轮的基本关系。在低速、小转向且轮胎变形小的条件下，前轮速度 [公式] 和后轮速度 [公式] 可以分解为机体坐标系下的x轴速度 [公式] 和y轴的角速度 [公式]。由于车辆视为刚体，前后轮沿x轴速度相同，而y轴方向的转动由前轮速度决定，其角速度等于切线速度除以轴距 [公式]。
将后轮速度 [公式] 转换到大地坐标系，得到 [公式]，表明整个刚体的角速度在各点是一致的 [公式]。最终简化运动学模型表示为 [公式]，这是最基础的模型，但通常会加入转向半径和道路曲率的概念。
车辆运动状态由三个自由度决定：X、Y坐标和航向角，控制输入则为后轮速度 [公式] 和前轮偏角 [公式]。通过这些输入，可以计算出车辆的实时位置变化 [公式]。航向角的计算有多种方法，如低速时用纵向车速、轴距和前轮转角，或者通过侧向加速度和轮速差估算。
在数学描述中，涉及到旋转矩阵的推导，从二维平移和缩放到三维旋转，通过绕不同轴的旋转矩阵来实现坐标变换。比如，绕Z轴的旋转矩阵可以通过二维旋转矩阵扩展得到，绕X和Y轴也是如此，有一定的规律可循。
IMU，即惯性测量单元，集成加速度计和陀螺仪，测量加速度和角速度。输出包含三轴加速度、角速度和磁力强度。通过加速度计和陀螺仪的数据，可以计算出横滚角、俯仰角和偏航角，这些数据需要通过卡尔曼滤波进行精度校正。
总结来说，车辆IMU定位涉及到复杂的运动学模型和传感器数据处理，通过精确的数学模型和滤波技术，确保车辆定位的准确性和稳定性。
